KR20050089322A - Sn-al lead-free solder alloy composition and method to prepare the sn-al lead-free solder alloy - Google Patents

Sn-al lead-free solder alloy composition and method to prepare the sn-al lead-free solder alloy Download PDF

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KR20050089322A
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Abstract

본 발명에서는 무연 솔더 합금 조성물에 있어서, 0.1 내지 2wt%의 알루미늄 및 98 내지 99.9wt%의 주석으로 구성되는 것을 특징으로 하는 주석-알루미늄 무연 솔더 합금 조성물을 개시한다. 또한, 본 발명에서는, 주석 이온을 포함하는 제1물질, 알루미늄 이온을 포함하는 제2물질, 또는 상기 제1물질 및 상기 제2물질의 혼합물을 제공하는 단계(S1); 및 LiClO4, LiH, LiAlH4, PSA, ENSA 및 POELE로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나 이상의 첨가물질을 포함하는 유기용매에, 상기 제1물질 및 상기 제2물질을 투입하거나, 또는 상기 혼합물을 투입하고, 전기도금을 수행하여, 주석-알루미늄 합금을 제공하는 단계(S2);를 포함하는 것을 특징으로 하는 주석-알루미늄 무연 솔더 합금의 제조 방법을 개시한다. 본 발명의 주석-알루미늄 무연 솔더 합금 조성물 및 주석-알루미늄 무연 솔더 합금의 제조 방법에 따라 제공되는 주석-알루미늄 무연 솔더 합금은, 종래에 알려진 무연 솔더 합금에서는 그 예를 찾을 수 없는 것으로, 기존의 유연 솔더와 비교하여 전기전도도등에서 더 우수한 특성을 나타내며, 무연 솔더 합금으로서 필요한 물질 특성인 비교적 낮은 녹는점, 우수한 연성, 우수한 전기 및 열 전도도, 우수한 열 팽창계수, 우수한 젖음성, 기타 우수한 기계적 특성등을 갖는다. 나아가, 주석-알루미늄 무연 솔더 합금의 제조에 이용되는 알루미늄은 그 양이 풍부하고 입수가 용이하며, 비교적 싼 가격에 구입할 수 있고, 인체에 무해하다는 등 솔더에 부합하는 다양한 장점을 갖는다. 따라서, 본 발명에 따르는 주석-알루미늄 무연 솔더 합금은 기존의 유연 솔더를 충분히 대체할 수 있는 효과를 달성한다.The present invention discloses a tin-aluminum lead-free solder alloy composition, wherein the lead-free solder alloy composition is composed of 0.1 to 2 wt% aluminum and 98 to 99.9 wt% tin. In addition, the present invention, the step of providing a first material containing tin ions, a second material containing aluminum ions, or a mixture of the first material and the second material (S1); And at least one additive material selected from the group consisting of LiClO 4 , LiH, LiAlH 4 , PSA, ENSA, and POELE, adding the first material and the second material, or adding the mixture. And, by performing the electroplating, to provide a tin-aluminum alloy (S2); discloses a method for producing a tin-aluminum lead-free solder alloy comprising a. The tin-aluminum lead-free solder alloy provided according to the tin-aluminum lead-free solder alloy composition of the present invention and the manufacturing method of the tin-aluminum lead-free solder alloy is not found in the known lead-free solder alloy, and is a conventional flexible Compared with solder, it has better properties in electrical conductivity, etc., and has a relatively low melting point, good ductility, good electrical and thermal conductivity, good coefficient of thermal expansion, good wettability, and other good mechanical properties such as lead-free solder alloy. . Furthermore, aluminum used in the production of tin-aluminum lead-free solder alloys has various advantages that are compatible with solder, such that it is rich in quantity, easy to obtain, can be purchased at a relatively low price, and is harmless to the human body. Thus, the tin-aluminum lead-free solder alloy according to the present invention achieves the effect of sufficiently replacing the existing flexible solder.

Description

주석-알루미늄 무연 솔더 합금 조성물 및 주석-알루미늄 무연 솔더 합금의 제조 방법{Sn-Al lead-free solder alloy composition and method to prepare the Sn-Al lead-free solder alloy}Sn-Al lead-free solder alloy composition and method to prepare the Sn-Al lead-free solder alloy}

본 발명은 주석-알루미늄 무연 솔더 합금 조성물 및 주석-알루미늄 무연 솔더 합금의 제조 방법에 관한 것으로, 상세하게는, 종래의 유연 솔더 및 무연 솔더 합금 조성물을 대체할 수 있는 신규한 주석-알루미늄 무연 솔더 합금 조성물 및 주석-알루미늄 무연 솔더 합금의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a tin-aluminum lead-free solder alloy composition and a method for producing a tin-aluminum lead-free solder alloy, specifically, a novel tin-aluminum lead-free solder alloy that can replace conventional leaded solder and lead-free solder alloy compositions. A composition and method for producing a tin-aluminum lead-free solder alloy.

주석-납계 유연 솔더는 오랜 기간동안 전자기기의 가장 유효한 접합재료로 서 사용되어 왔다. Tin-lead solders have long been used as the most effective bonding material for electronic devices.

그러나, 상기 유연 솔더를 적용한 전자기기의 폐기시, 산성비에 의해 솔더 중에 함유된 납 성분이 용출되므로 지하수를 오염시키게 되고, 이것이 인체에 흡수되는 경우에는 지능저하, 생식기능저하 등 인체에 심각한 피해를 준다는 문제가 있었다. However, when disposing of the electronic device to which the flexible solder is applied, the lead component contained in the solder is eluted by acid rain, which contaminates the groundwater, and when it is absorbed by the human body, serious damage to the human body, such as reduced intelligence and reduced reproduction, is caused. There was a problem.

이에 따라 전자기기용 솔더중의 납 규제에 관한 검토가 1990년 미국에서 이루어졌으며, 이를 발단으로 무연 솔더 합금 조성물에 관한 연구가 세계적으로 진행되었다. Accordingly, a review of lead regulation in solders for electronic devices was conducted in the United States in 1990. As a result, research on lead-free solder alloy compositions has been conducted worldwide.

무연 솔더 합금 조성물의 개발과 관련된 연구는 먼저 미국에서 NCMS 프로젝트(1992~1996)로 진행되었고, 유럽에서는 IDEALS 프로젝트(1996~1999)로 진행되었으며, 현재 일본의 경우에는 무연 솔더 합금 조성물의 기초 및 적용기술에 관하여 유럽이나 미국보다 앞서 있는 것으로 평가되고 있다.The research related to the development of Pb-free solder alloy compositions first proceeded to the NCMS project (1992-1996) in the United States, to the IDEALS project (1996-1999) in Europe, and to the basics and application of Pb-free solder alloy compositions in Japan. It is estimated to be ahead of Europe and the US in terms of technology.

무연 솔더 합금 조성물의 개발을 위하여는 납을 성공적으로 대체할 수 있는 대체물이 필요한데, 이를 위하여는 주석-납 솔더에서의 납의 역할에 대한 이해가 선행되어야 한다.For the development of lead-free solder alloy compositions, there is a need for a successful replacement of lead, which requires an understanding of the role of lead in tin-lead solder.

솔더에서의 납의 역할은 주석과 합금을 이루었을 때 물리적 성질에 미치는 영향을 조사함으로써 이해될 수 있는데, 우선 납은 솔더에 적용되는 경우 솔더의 녹는점을 낮추며, 주석-납 솔더에서 납의 함량이 증가하는 경우 전기 및 열 전도도는 감소하는 반면에 열팽창 계수는 증가한다.The role of lead in solders can be understood by investigating the effect on the physical properties of the alloy with tin, which leads to lower solder melting points when applied to solder and increases the content of lead in tin-lead solders. The electrical and thermal conductivity decreases while the coefficient of thermal expansion increases.

또한, 납의 함량이 증가할수록 주석-납 솔더의 점성은 감소하게 되지만, 표면 장력은 순수한 주석에 비하여 더 낮아지게 되는데, 이것은 솔더의 젖음 능력의 향상을 의미한다. In addition, as the lead content increases, the viscosity of the tin-lead solder decreases, but the surface tension is lower than that of pure tin, which means an improvement in the wettability of the solder.

이와 같이, 납은 솔더에서 녹는점, 전기 및 열 전도도, 열팽창 계수, 유동성, 표면 장력, 기계적 성질 등과 같은 재료의 특성에 매우 중요한 영향을 미치는 것이고, 그러므로, 현재 솔더의 개발에 있어서는, 납을 대체하면서도 기존의 주석-납 솔더가 갖는 물질 특성보다 향상되거나 동등한 성질을 가질 것이 요구된다.As such, lead has a very important influence on material properties such as melting point, electrical and thermal conductivity, thermal expansion coefficient, flowability, surface tension, mechanical properties, etc. in the solder and, therefore, in the development of current solders, it is a substitute for lead. However, it is required to have better or equivalent properties than the material properties of conventional tin-lead solders.

따라서, 무연 솔더 합금 조성물은 다음과 같은 특성을 가지고 있어야 한다. Therefore, the lead-free solder alloy composition should have the following characteristics.

첫째, 무연 솔더 합금 조성물은 주석-납 솔더와 비슷한 낮은 녹는점을 가져야 한다. First, lead-free solder alloy compositions should have a low melting point similar to tin-lead solder.

둘째, 무연 솔더 합금 조성물은 주석-납 솔더와 동등하거나 우수한 물리적 성질을 가져야 한다. 즉 우수한 전기 및 열 전도도, 우수한 열 팽창계수, 우수한 젖음성등이 필요하다. Second, the lead-free solder alloy composition should have the same or better physical properties as the tin-lead solder. In other words, good electrical and thermal conductivity, good coefficient of thermal expansion, good wettability, etc. are required.

셋째, 무연 솔더 합금 조성물은 흔히 전단 강도와 인장 강도로 특징지워지는 기계적 성질이 우수해야한다. Third, lead-free solder alloy compositions should have good mechanical properties, often characterized by shear strength and tensile strength.

넷째, 무연 솔더 합금 조성물은 향상된 저장 수명 및 조직의 안정성을 가져야 한다.Fourth, lead-free solder alloy compositions should have improved shelf life and tissue stability.

다섯째, 무연 솔더 합금 조성물은 주석-납 솔더보다 향상되거나 동등한 정도의 내식성, 연성을 가져야 한다. Fifth, the lead-free solder alloy composition should have improved or equivalent degree of corrosion resistance and ductility than tin-lead solder.

마지막으로, 무연 솔더 합금 조성물은, 무독성이어야 하고 충분히 공급할 수 있을 정도로 다량 존재하여야 하며, 그 재료가 납 수준의 저렴한 가격을 갖는 것이어야 한다.Finally, the lead-free solder alloy composition should be non-toxic and present in large quantities to provide sufficient supply, and the material should be of a lead level low price.

이와 같은 요구를 충족시키기 위하여, 무연 솔더 합금 조성물에 대하여 많은 연구들이 진행되어 왔는데, 그 대표적인 이원계 솔더의 예로서 주석-구리(Sn-Cu)계 솔더, 주석-은(Sn-Ag)계 솔더, 주석-비스무스(Sn-Bi)계 솔더, 주석-아연(Sn-Zn)계 솔더 등이 있으며, 현재까지 이들이 대체용 솔더로서 유력한 것으로 알려져 있다. In order to meet such demands, many studies have been conducted on lead-free solder alloy compositions. Examples of representative binary solders include tin-copper (Sn-Cu) solders, tin-silver (Sn-Ag) solders, Tin-bismuth (Sn-Bi) -based solders, tin-zinc (Sn-Zn) -based solders, and the like, to date, are known to be powerful as replacement solders.

그러나, 종래의 무연 솔더 합금 조성물들은 모두 각각의 단점을 보유하며, 주석-납(Sn-Pb) 솔더와 동등한 수준을 가짐으로써 기존의 유연 솔더를 완벽히 대체하지 못하고 있는 실정이다.However, the conventional lead-free solder alloy compositions all have their disadvantages, and have a level equivalent to that of tin-lead (Sn-Pb) solder, which does not completely replace the existing flexible solder.

그러므로, 종래에 무연 솔더로서 알려진 물질들과 다른 신규한 무연 솔더 합금 조성물이 요구된다.Therefore, there is a need for a new lead-free solder alloy composition that differs from materials conventionally known as lead-free solder.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점과 요구를 해결하기 위하여 안출된 것으로, Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems and needs,

본 발명의 목적은, 기존의 유연 솔더와 비교하여 전기전도도 등이 더 우수하고, 비교적 낮은 녹는점, 우수한 연성, 우수한 전기 및 열 전도도, 우수한 열 팽창계수, 우수한 젖음성, 기타 우수한 기계적 특성등 무연 솔더 합금 조성물에 필요한 물리적 특성을 가지는 무연 솔더 합금 조성물 및 무연 솔더 합금의 제조 방법을 제공하는 것이다. The object of the present invention is that the lead-free solder has better electrical conductivity than the conventional solder, and has a relatively low melting point, good ductility, good electrical and thermal conductivity, good coefficient of thermal expansion, good wettability, and other excellent mechanical properties. To provide a lead-free solder alloy composition and a lead-free solder alloy having the physical properties required for the alloy composition.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 무연 솔더 합금 조성물에 있어서, 0.1 내지 2wt%의 알루미늄 및 98 내지 99.9wt%의 주석으로 구성되는 것을 특징으로 하는 주석-알루미늄 무연 솔더 합금 조성물에 의해 달성된다.The object of the present invention as described above is achieved by a tin-aluminum lead-free solder alloy composition, which is composed of 0.1 to 2 wt% aluminum and 98 to 99.9 wt% tin in the lead-free solder alloy composition.

상기와 같은 본 발명의 목적은 또한, 주석 이온을 포함하는 제1물질, 알루미늄 이온을 포함하는 제2물질, 또는 상기 제1물질 및 상기 제2물질의 혼합물을 제공하는 단계(S1); 및 LiClO4, LiH, LiAlH4, PSA, ENSA 및 POELE로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나 이상의 첨가물질을 포함하는 유기용매에, 상기 제1물질 및 상기 제2물질을 투입하거나, 또는 상기 혼합물을 투입하고, 전기도금을 수행하여, 주석-알루미늄 합금을 제공하는 단계(S2);를 포함하는 것을 특징으로 하는 주석-알루미늄 무연 솔더 합금의 제조 방법에 의해 달성된다.The object of the present invention as described above also comprises the steps of providing a first material comprising tin ions, a second material comprising aluminum ions, or a mixture of the first material and the second material (S1); And at least one additive material selected from the group consisting of LiClO 4 , LiH, LiAlH 4 , PSA, ENSA, and POELE, adding the first material and the second material, or adding the mixture. And, by performing an electroplating, to provide a tin-aluminum alloy (S2); is achieved by the method for producing a tin-aluminum lead-free solder alloy comprising a.

그리고, 상기 S1 단계는, 상기 주석 이온을 포함하는 제1물질로, SnCl2, SnCl4, SnBr2, SnBr4, SnI2, SnSO4, SnS, SnO2 , SnF2 및 Sn(BF4)2로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나 이상을 사용하는 것이 바람직하고, 상기 알루미늄 이온을 포함하는 제2물질로, AlCl3, AlBr3, Al(OH)3, Al2O3 , Al4C3, Al2(SO4)3, Al2S3 , AlI3 및 AlNH4(SO4)2로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나 이상의 물질을 사용하는 것이 바람직하다.And, the step S1, the first material containing the tin ions, SnCl 2 , SnCl 4 , SnBr 2 , SnBr 4 , SnI 2 , SnSO 4 , SnS, SnO 2 , SnF 2 and Sn (BF 4 ) 2 It is preferable to use at least one selected from the group consisting of, and as the second material containing the aluminum ion, AlCl 3 , AlBr 3 , Al (OH) 3 , Al 2 O 3 , Al 4 C 3 , Al Preference is given to using at least one substance selected from the group consisting of 2 (SO 4 ) 3 , Al 2 S 3 , AlI 3 and AlNH 4 (SO 4 ) 2 .

그리고, 상기 S2 단계는, 상기 유기용매로, 에테르(ether)계 용매, 방향족탄화수소(aromatic hydrocarbons)계 용매 또는 디메틸설폰(dimethylsulfone)계 용매를 사용하는 것이 바람직하다.In the S2 step, it is preferable to use an ether solvent, an aromatic hydrocarbons solvent, or a dimethylsulfone solvent as the organic solvent.

이하, 본 발명에 따른 주석-알루미늄 무연 솔더 합금 조성물 및 주석-알루미늄 무연 솔더 합금의 제조 방법에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the tin-aluminum lead-free solder alloy composition and the manufacturing method of the tin-aluminum lead-free solder alloy according to the present invention will be described in detail.

먼저, 본 발명에서는 무연 솔더 합금 조성물에 있어서, 납을 대체하기 위한 물질로 알루미늄을 선택하는데, 알루미늄은 열 및 전기 전도도가 크고, 대기중에서 내식성이 크며, 비중이 작고, 다양한 형태로 가공이 용이하며, 또한 그 양이 풍부하고 인체에 무해하다는 장점을 가지고 있으므로, 종래 유연 솔더중 납을 대체하기에 충분하다.First, in the present invention, in the lead-free solder alloy composition, aluminum is selected as a material for replacing lead, which has high thermal and electrical conductivity, high corrosion resistance in the atmosphere, small specific gravity, and easy processing in various forms. In addition, since the amount is rich and harmless to the human body, it is sufficient to replace the lead in the conventional solder.

상술하면, 본 발명의 주석-알루미늄 무연 솔더 합금 조성물은, 주석 및 알루미늄으로 구성되는 것으로서, 이때, 상기 주석과 상기 알루미늄 합금 조성물의 질량비가, 질량백분율로, 0.1 내지 2%의 알루미늄 및 98 내지 99.9%의 주석인 것이 바람직하며, 상기 범위 이외에서는, 도금표면특성, 물리적 특성등이 저하된다.Specifically, the tin-aluminum lead-free solder alloy composition of the present invention is composed of tin and aluminum, wherein the mass ratio of the tin and the aluminum alloy composition is 0.1 to 2% aluminum and 98 to 99.9 in mass percentage. It is preferable that it is% of tin, and plating surface characteristics, physical characteristics, etc. fall in the range other than the said range.

상기와 같은 주석-알루미늄 무연 솔더 합금 조성물을 이용하여 주석-알루미늄 무연 솔더 합금을 제조하기 위하여, 우선, 주석이온을 포함하는 제1물질, 알루미늄이온을 포함하는 제2물질, 또는 이들을 혼합한 혼합물을 제공하도록 한다(S1).In order to manufacture the tin-aluminum lead-free solder alloy using the tin-aluminum lead-free solder alloy composition, first, a first material containing tin ions, a second material containing aluminum ions, or a mixture thereof is prepared. To provide (S1).

상기 제1물질은, SnCl2, SnCl4, SnBr2, SnBr4, SnI2, SnSO4, SnS, SnO2, SnF2, 또는 Sn(BF4)2를 단독으로 혹은 혼합하여 사용할 수 있다.The first material may be used alone or in combination of SnCl 2 , SnCl 4 , SnBr 2 , SnBr 4 , SnI 2 , SnSO 4 , SnS, SnO 2 , SnF 2 , or Sn (BF 4 ) 2 .

상기 제2물질은, AlCl3, AlBr3, Al(OH)3, Al2O3, Al4C3, Al2(SO4)3, Al2S3, AlI3, AlNH4(SO4)2를 단독으로 혹은 혼합하여 사용할 수 있다.The second material is AlCl 3 , AlBr 3 , Al (OH) 3 , Al 2 O 3 , Al 4 C 3 , Al 2 (SO 4 ) 3 , Al 2 S 3 , AlI 3 , AlNH 4 (SO 4 ) 2 can be used individually or in mixture.

이후, 예를 들어 LiClO4의 첨가물질을 THF(Tetrahydrofuran) 유기용매에 녹인 용액에, 상기 제1물질 및 상기 제2물질을 투입하거나, 또는 상기 혼합물을 투입하고, 전기화학반응을 통한 전기도금을 수행하여 주석-알루미늄 합금을 얻게 된다(S2).Then, for example, the first material and the second material, or the mixture is added to a solution in which an additive material of LiClO 4 is dissolved in a THF (Tetrahydrofuran) organic solvent, and electroplating through an electrochemical reaction Performing to obtain a tin-aluminum alloy (S2).

즉, 주석 이온을 포함하는 제1물질과 알루미늄 이온을 포함하는 제2물질 및 LiClO4를 THF에 녹인 용액에서, 주석과 알루미늄 각각의 환원 전위를 확인하고, 알루미늄의 환원 전위에서 정전위 실험을 통하여 전기도금된 주석-알루미늄 합금을 얻는다.That is, in a solution in which a first material containing tin ions, a second material containing aluminum ions, and LiClO 4 are dissolved in THF, the reduction potentials of the tin and aluminum are confirmed, and the electropotential experiment is performed at the reduction potential of aluminum. An electroplated tin-aluminum alloy is obtained.

상기 첨가물질은, 상기 제1물질, 상기 제2물질의 반응을 억제 또는 활성화시키는 것으로서, 상기 LiClO4 이외에도, LiH, LiAlH4, PSA, ENSA, POELE 등과 같은 물질을 사용할 수 있다.The additive material may be used to inhibit or activate the reaction of the first material and the second material. In addition to the LiClO 4 , a material such as LiH, LiAlH 4 , PSA, ENSA, POELE, or the like may be used.

상기 유기용매로서, 에테르계 유기용매, 방향족탄화수소계 유기용매 또는 디메틸설폰계 유기용매등을 사용하며, 예를 들어 상기한 바와 같이 THF 유기 용매를 사용한다. As the organic solvent, an ether organic solvent, an aromatic hydrocarbon organic solvent, a dimethyl sulfone organic solvent, or the like is used. For example, as described above, a THF organic solvent is used.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 단지 하기 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 함과 동시에 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 실시를 용이하게 하고자 하는 것이고, 첨부된 특허청구범위내에서 다양한 형태의 변형이 가능한 것임이 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 이해될 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by explaining preferred embodiments of the present invention. However, the present invention is not limited to the specific embodiments, only the following examples are intended to facilitate the implementation of the invention to those skilled in the art while at the same time making the disclosure of the present invention complete, the attached patent It will be understood by those skilled in the art that various forms of modifications are possible within the scope of the claims.

[실시예]EXAMPLE

하기 실시예1 내지 실시예4에서는, 실시예1에서 제시되는 것과 같은 용액조건 및 SnCl2 분말 및 AlCl3 분말의 투입조건이 적용된다.In Examples 1 to 4 below, the same solution conditions as those shown in Example 1, and the conditions for adding SnCl 2 powder and AlCl 3 powder are applied.

[실시예1]Example 1

THF 용매에 LiClO4 분말 0.5 M이 녹아 있는 용액에, SnCl2 분말 0.05 M과 AlCl3 0.05 M을 각각 녹여서, 주석과 알루미늄 각각의 환원 분극 곡선 거동을 확인하였다.In the solution in which 0.5 M of LiClO 4 powder was dissolved in THF solvent, 0.05 M of SnCl 2 powder and 0.05 M of AlCl 3 were dissolved, respectively, and the reduction polarization curve behavior of each of tin and aluminum was confirmed.

또한, THF 용매에 LiClO4 분말 0.5 M이 녹아 있는 용액에, SnCl2 분말 0.05 M과 AlCl3 분말 0.05 M을 함께 녹여서, 주석-알루미늄의 환원 분극 곡선 거동을 확인하였다.In addition, 0.05 M of SnCl 2 powder and 0.05 M of AlCl 3 powder were dissolved together in a solution in which 0.5 M of LiClO 4 powder was dissolved in a THF solvent to confirm the reduction polarization curve behavior of tin-aluminum.

상기 물질들은 공기와 습기에 매우 민감하므로, 모든 전기화학 실험은 아르곤 가스 분위기에 있는 글로브 박스에서 수행하였으며, 또한 글로브 박스안의 온도는 25℃로 유지하였다.Since the materials are very sensitive to air and moisture, all electrochemical experiments were carried out in a glove box in an argon gas atmosphere, and the temperature in the glove box was kept at 25 ° C.

도 1은 상기 각각의 환원 분극 곡선 거동을 나타낸 것으로, 도 1a는 알루미늄의 환원 분극 곡선 거동을 나타내는 그래프이고, 도 1b는 주석의 환원 분극 곡선 거동을 나타내는 그래프이며, 도 1c는 주석-알루미늄 합금의 환원 분극 곡선 거동을 나타내는 그래프이다.1 is a graph showing the reduction polarization curve behavior of each of the above, Figure 1a is a graph showing the reduction polarization curve behavior of aluminum, Figure 1b is a graph showing the reduction polarization curve behavior of tin, Figure 1c of the tin-aluminum alloy It is a graph showing the reduction polarization curve behavior.

도 1a 및 도 1b에서 알 수 있는 것처럼, 주석과 알루미늄의 환원전위는 각각 -300 mV, -900 mV이고, 주석의 환원 속도가 알루미늄의 환원 속도에 비하여 무척 빠른 것을 확인할 수 있다. As can be seen in Figures 1a and 1b, the reduction potential of tin and aluminum is -300 mV, -900 mV, respectively, it can be seen that the reduction rate of tin is very fast compared to the reduction rate of aluminum.

그리고, 도 1c 및 도 1b는 매우 유사한 형태를 나타내므로 주석의 환원이 알루미늄의 환원에 대하여 매우 지배적이고, 주석-알루미늄 합금에서 주석의 양이 알루미늄에 비하여 매우 많다는 것을 알 수 있다. 또한, 이때의 질량비는 주석-알루미늄 상태도의 공정 조성과 거의 일치한다.1C and 1B show a very similar form, so that the reduction of tin is very dominant over the reduction of aluminum, and the amount of tin in the tin-aluminum alloy is much higher than that of aluminum. In addition, the mass ratio at this time is substantially consistent with the process composition of a tin-aluminum state diagram.

[실시예2]Example 2

도 2는 도 1의 각 용액조건하의 -300 mV, -900 mV, 그리고 -900 mV에서 각각 정전위 실험을 통하여 얻어진 도금 표면의 특성을 나타낸 것으로서, 도 2a는 도금된 순수한 주석 표면, 도 2b는 도금된 순수한 알루미늄 표면, 그리고 도 2c는 도금된 주석-알루미늄 합금의 표면을 나타내는 SEI 사진이다. Figure 2 shows the characteristics of the plating surface obtained through the electropotential experiment at -300 mV, -900 mV, and -900 mV under each solution condition of Figure 1, Figure 2a is a pure tin plated surface, Figure 2b is Plated pure aluminum surface, and FIG. 2C is a SEI photograph showing the surface of the plated tin-aluminum alloy.

도 2a에서 알 수 있는 것처럼, 도금된 순수한 주석 표면은 그 도금 표면이 매우 조잡하고 불규칙하고, 도 2b에서 알 수 있는 것처럼, 도금된 순수한 알루미늄 표면은 그 도금 표면이 도 2a에 비하여는 미세하지만 다소 거친 표면특성을 나타낸다. As can be seen in FIG. 2A, the plated pure tin surface is very coarse and irregular in its plating surface, and as can be seen in FIG. 2B, the plated pure aluminum surface is fine but somewhat fine in its plating surface compared to FIG. 2A. Rough surface characteristics are shown.

반면, 도 2c에서 알 수 있는 것처럼, 도금된 주석-알루미늄 합금은 그 도금 표면이 매우 조밀하고 매끄러운 표면 특성을 나타낸다. 따라서, 전기 도금된 주석-알루미늄 합금은 도금특성이 우수함을 확인할 수 있었다.On the other hand, as can be seen in FIG. 2C, the plated tin-aluminum alloy exhibits very dense and smooth surface properties of its plating surface. Therefore, it could be confirmed that the electroplated tin-aluminum alloy has excellent plating characteristics.

[실시예3]Example 3

무연 솔더 합금 조성물에 사용하기 위해서는 우선적으로 낮은 녹는점이 필수적이다. Low melting points are essential for use in lead-free solder alloy compositions.

도 3은 DSC방법을 이용해 측정된 본 실시예의 전기 도금된 주석-알루미늄 합금의 녹는점을 나타내는 그래프이다.3 is a graph showing the melting point of the electroplated tin-aluminum alloy of this example, measured using the DSC method.

전기도금된 주석-알루미늄 합금의 경우에는 어떠한 순수한 주석의 영향도 없으므로, 도 3에서 알 수 있듯이, 전기도금된 주석-알루미늄 합금은 완전하게 고용체를 이룬다. 그리고, 이때의 녹는점은 228℃를 나타내는데, 이는 솔더 물질로서는 매우 좋은 특성이라고 할 수 있다. In the case of the electroplated tin-aluminum alloy, there is no effect of pure tin, so as can be seen in FIG. 3, the electroplated tin-aluminum alloy is completely solid solution. At this time, the melting point represents 228 ° C., which is a very good characteristic of the solder material.

이를 본 실시예에서 제시되는 주석-알루미늄 조성비와 함께 고려한다면, 상기 결과는 주석-알루미늄 공정 상태도와 매우 잘 일치하는 것을 알 수 있다. Considering this together with the tin-aluminum composition ratio presented in this example, it can be seen that the results agree very well with the state of tin-aluminum process.

따라서, 본 실시예에서의 용액조건등은 주석-알루미늄 합금의 전기도금을 수행함에 있어서 충분한 실용화 가능성을 갖는다.Therefore, the solution conditions and the like in this embodiment have sufficient practical possibility in carrying out the electroplating of the tin-aluminum alloy.

[실시예4]Example 4

도 4는 본 실시예의 전기 도금된 주석-알루미늄 합금과 다른 전기 도금된 비교적 연한 금속 및 합금들의 경도를 비교하여 나타낸 그래프이다.4 is a graph comparing the hardness of the electroplated tin-aluminum alloy of the present embodiment with other electroplated relatively soft metals and alloys.

도 4에서 알 수 있듯이, 전기 도금된 주석-알루미늄 합금의 경도는 7~10 HV값을 나타내므로 매우 연한 금속임을 알 수 있다. As can be seen in Figure 4, since the hardness of the electroplated tin-aluminum alloy shows a value of 7 ~ 10 HV it can be seen that it is a very soft metal.

또한, 전기 도금된 주석-알루미늄 합금의 전기 전도도를 4-point probe method에 의하여 여러 번 측정하여 평균을 구하였는데, 그 평균값은 9.0 Ω-1·cm-1로 다른 무연 솔더 합금 조성물이나 주석-납 솔더의 경우(6.9 Ω-1·cm-1)보다 더 좋은 전기 전도도를 나타냄을 알 수 있었다.In addition, the electrical conductivity of the electroplated tin-aluminum alloy was measured and averaged several times by the 4-point probe method, and the average value was 9.0 Ω -1 · cm -1, and the other lead-free solder alloy composition or tin-lead was obtained. The solder showed better electrical conductivity than (6.9 Ω -1 · cm -1 ).

이와 같이, 전기도금을 통하여 얻은 주석-알루미늄 합금은 비교적 낮은 녹는점, 우수한 전기전도도, 우수한 연성 등의 물리적 성질들을 갖는다.As such, the tin-aluminum alloy obtained through electroplating has physical properties such as relatively low melting point, good electrical conductivity and good ductility.

또한, 상기한 물리적 성질 이외에도 알루미늄은 생산량이 풍부하고, 비교적 가격이 저렴하며, 독성도 없으므로, 종래의 무연 솔더 합금 조성물에 이용가능한 것으로 알려져 있던 물질들에 대비하여 매우 우수하다. In addition to the above physical properties, aluminum is also abundant in production, relatively inexpensive, and non-toxic, which is very superior to materials known to be available in conventional lead-free solder alloy compositions.

본 발명의 주석-알루미늄 무연 솔더 합금 조성물 및 주석-알루미늄 무연 솔더 합금의 제조 방법에 따라 제공되는 주석-알루미늄 무연 솔더 합금은, 종래에 알려진 무연 솔더 합금에서는 그 예를 찾을 수 없는 것으로, 기존의 유연 솔더와 비교하여 전기전도도등에서 더 우수한 특성을 나타내며, 무연 솔더 합금으로서 필요한 물질 특성인 비교적 낮은 녹는점, 우수한 연성, 우수한 전기 및 열 전도도, 우수한 열 팽창계수, 우수한 젖음성, 기타 우수한 기계적 특성등을 갖는다. The tin-aluminum lead-free solder alloy provided according to the tin-aluminum lead-free solder alloy composition of the present invention and the manufacturing method of the tin-aluminum lead-free solder alloy is not found in the known lead-free solder alloy, and is a conventional flexible Compared with solder, it has better properties in electrical conductivity, etc., and has a relatively low melting point, good ductility, good electrical and thermal conductivity, good coefficient of thermal expansion, good wettability, and other good mechanical properties such as lead-free solder alloy. .

나아가, 주석-알루미늄 무연 솔더 합금의 제조에 이용되는 알루미늄은 그 양이 풍부하고 입수가 용이하며, 비교적 싼 가격에 구입할 수 있고, 인체에 무해하다는 등 솔더에 부합하는 다양한 장점을 갖는다. Furthermore, aluminum used in the production of tin-aluminum lead-free solder alloys has various advantages that are compatible with solder, such that it is rich in quantity, easy to obtain, can be purchased at a relatively low price, and is harmless to the human body.

따라서, 본 발명에 따르는 주석-알루미늄 무연 솔더 합금은 기존의 유연 솔더를 충분히 대체할 수 있는 효과를 달성한다.Thus, the tin-aluminum lead-free solder alloy according to the present invention achieves the effect of sufficiently replacing the existing flexible solder.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다. Although the present invention has been described in connection with the above-mentioned preferred embodiments, it is possible to make various modifications or variations without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, the appended claims will cover such modifications and variations as fall within the spirit of the invention.

도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 용액조건에서의 알루미늄의 환원 분극 곡선 거동을 나타내는 그래프,Figure 1a is a graph showing the reduction polarization curve behavior of aluminum in solution conditions according to an embodiment of the present invention,

도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 용액조건에서의 주석의 환원 분극 곡선 거동을 나타내는 그래프,Figure 1b is a graph showing the reduction polarization curve behavior of tin in solution conditions according to an embodiment of the present invention,

도 1c는 본 발명의 실시예에 따른 용액조건에서의 주석-알루미늄 합금의 환원 분극 곡선 거동을 나타내는 그래프,Figure 1c is a graph showing the reduction polarization curve behavior of the tin-aluminum alloy in solution conditions according to an embodiment of the present invention,

도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 용액조건에서 정전위 실험을 통하여 얻어진 도금된 순수한 주석표면을 나타내는 SEI 사진, Figure 2a is a SEI photograph showing the plated pure tin surface obtained through the potentiostatic experiment in solution conditions in accordance with an embodiment of the present invention,

도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 용액조건에서 정전위 실험을 통하여 얻어진 도금된 순수한 알루미늄 표면을 나타내는 SEI 사진, Figure 2b is a SEI photograph showing the plated pure aluminum surface obtained through the potentiometric experiments in solution conditions according to an embodiment of the present invention,

도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 용액조건에서 정전위 실험을 통하여 얻어진 도금된 주석-알루미늄 합금의 표면을 나타내는 SEI 사진,Figure 2c is a SEI photograph showing the surface of the plated tin-aluminum alloy obtained through the electropotential experiment in solution conditions according to an embodiment of the present invention,

도 3은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 주석-알루미늄 합금의 녹는점을 표시한 DSC 그래프,Figure 3 is a DSC graph showing the melting point of the tin-aluminum alloy prepared according to the embodiment of the present invention,

도 4는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 주석-알루미늄 합금의 경도 측정 결과를 다른 금속 및 합금과 비교하여 나타낸 그래프이다. Figure 4 is a graph showing the hardness measurement results of the tin-aluminum alloy prepared according to an embodiment of the present invention in comparison with other metals and alloys.

Claims (5)

무연 솔더 합금 조성물에 있어서, In the lead-free solder alloy composition, 0.1 내지 2wt%의 알루미늄 및 98 내지 99.9wt%의 주석으로 구성되는 것을 특징으로 하는 주석-알루미늄 무연 솔더 합금 조성물.A tin-aluminum lead-free solder alloy composition comprising 0.1 to 2 wt% aluminum and 98 to 99.9 wt% tin. 주석 이온을 포함하는 제1물질, 알루미늄 이온을 포함하는 제2물질, 또는 상기 제1물질 및 상기 제2물질의 혼합물을 제공하는 단계(S1); 및 Providing a first material comprising tin ions, a second material comprising aluminum ions, or a mixture of the first material and the second material (S1); And LiClO4, LiH, LiAlH4, PSA, ENSA 및 POELE로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나 이상의 첨가물질을 포함하는 유기용매에, 상기 제1물질 및 상기 제2물질을 투입하거나, 또는 상기 혼합물을 투입하고, 전기도금을 수행하여, 주석-알루미늄 합금을 제공하는 단계(S2);를 포함하는 것을 특징으로 하는 주석-알루미늄 무연 솔더 합금의 제조 방법.Into the organic solvent comprising at least one additive selected from the group consisting of LiClO 4 , LiH, LiAlH 4 , PSA, ENSA and POELE, the first material and the second material, or the mixture The electroplating step of providing a tin-aluminum alloy (S2); manufacturing method of a tin-aluminum lead-free solder alloy comprising a. 제 2 항에 있어서, 상기 S1 단계는, The method of claim 2, wherein the step S1, 상기 주석 이온을 포함하는 제1물질로, SnCl2, SnCl4, SnBr2, SnBr4 , SnI2, SnSO4, SnS, SnO2, SnF2 및 Sn(BF4)2로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나 이상을 사용하는 것을 특징으로 하는 주석-알루미늄 무연 솔더 합금의 제조 방법.As the first material including the tin ions, at least one selected from the group consisting of SnCl 2 , SnCl 4 , SnBr 2 , SnBr 4 , SnI 2 , SnSO 4 , SnS, SnO 2 , SnF 2, and Sn (BF 4 ) 2 A process for producing a tin-aluminum lead-free solder alloy characterized by using one or more. 제 2 항에 있어서, 상기 S1 단계는,The method of claim 2, wherein the step S1, 상기 알루미늄 이온을 포함하는 제2물질로, AlCl3, AlBr3, Al(OH)3, Al 2O3, Al4C3, Al2(SO4)3, Al2S3, AlI3 및 AlNH4(SO4)2로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나 이상을 사용하는 것을 특징으로 하는 주석-알루미늄 무연 솔더 합금의 제조 방법.As the second material including the aluminum ion, AlCl 3 , AlBr 3 , Al (OH) 3 , Al 2 O 3 , Al 4 C 3 , Al 2 (SO 4 ) 3 , Al 2 S 3 , AlI 3 and AlNH 4 (SO 4 ) 2 A method for producing a tin-aluminum lead-free solder alloy, characterized in that at least one selected from the group consisting of: 제 2 항에 있어서, 상기 S2 단계는, The method of claim 2, wherein the step S2, 상기 유기용매로, 에테르계 용매, 방향족탄화수소계 용매 또는 디메틸설폰계 용매를 사용하는 것을 특징으로 하는 주석-알루미늄 무연 솔더 합금의 제조 방법.An ether solvent, an aromatic hydrocarbon solvent, or a dimethyl sulfone solvent is used as the organic solvent.
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